1.目前，对材料的产品质量检验、生产过程质量控制、材料科学研宄及教学试验中，都必须运用试验机对材料进行力学性能测试。其中抗压强度测量是其中的项重要任务，特别是在建材行业如水泥烧砖混凝土和家具行业的家具面抗压强度是项极其重要指标。国产及进口的各类试验机大多为手工控制操作，试验数据的来源是通过弹性变形机构直接丧现在刻度盘上。般直接从刻度盘1读出。弹性变形机构随季节温度等外部条件因素变化大，因而现出来的误差较大，无法定量的满足0822887标准要求，研制种适用于抗压性能的材料试验机加载装置，为材料检测的准确客观及公正提供技术保障，为质量监督部门和材料用户的提供种经济实用的手段，笔者所研究的材料抗压试验机的加载装置，主要用于量程在0-400KN范围，通过与电子仪器组成的载荷系统配合使用起构成抗压材料试验机，该装置也适合于传统的村料试验机的改造，具有使整台仪器具有智能化、准确的特点。该装置的主要特点是具有储能、蓄能的功能，使能量在材料试验过程中得到缓慢释放，便于电子仪器捕捉材料的极限应力值。
2.传统压力机压头结构
传统压力试验机的压头结构及布局如图1，传统的压力机的工作原理为：由于压力试验机的主要作用是测试材料的抗压强度，设计时主要通过液压系统从进油管11处供高压油；推动沾缸10向上运动。通过联接装置5及下压头4压向试样3，试样同时把应力传递给传感器2，系统将压应力信号通过系列的信号调理放大后传递给压应力采集系统，从而完成1次试验过程。从上面的工作过程可以看出液压系统从进油管11处供高压油的流量速度直接决定活塞杆的运动快慢，对于系统来说，若被测试的是弹性材料，测试的过程中下压头有定的惯性冲击在试样上，试样把所受到的冲击应力传递给传感器，传感器采集到的压应力这时也现出定的波动，若弹性材料的抗压极限低于惯性冲击应力，这时材料试验机就不能真实测出材料的抗压极限值，所以试验机在开始试验时供油流量不能太大；太小活塞杆的上升速度太低，试验时间长，电子采集系统采集到大量的无用数据，若系统是单片机系统其本身的数据储存量就十分有限，可，必须缩短测试时间，加快供油流量，提高活塞杆的运动速度，从而必须改进加压装置。若被测试的是脆性材料，测试的过程中下压头也有定的惯性冲击在试样上，若试样所受到的冲击力不足以破坏试样，这时试样同样把压应力传递给传感器，传感器采集到的压应力同样也现出定的波动，然后液压系统不断加压，直到材料破碎，这时传感器采集大量的数据，供采集系统数据处理系统处理，但试验时间也加长，加重了系统处理数据的负担；若脆性材料的抗压极限低于惯性冲击力，这时材料试验机就不能测出材料的抗压极限值，此时传感器采集的数据为惯性冲击力，不能采集到材料的抗压应力极限值。
图1：传统压力机结构图
1.上座2.传感器3.坯料试样4.下压头5.联接装聊6.座1作7.机身8.回油管沾塞打10.活塞缸11.进油管
从上面论述可以发现，试验机在开始试验时供油流量太小，活塞杆的上升速度太低试验时间较长，加大了电子采集系统采集数椐的负担。同样山厂中片机系统其本身的数据储存量就十分有限，可能导致不能用单片机系统来测试材料的性能，而不得不采用计算机系统来采集和处理数据，从而增加仪器的成本。
可见，必须缩短测试时间，加快供油流量，提高活塞杆的运动速度，从而必须改进加压装置。
3.材料抗压试验机压头结构改造
通过上面的分析。为了提高材料试验的准确性缩短测试时间降低仪器制造成本必须改革传统的加压装置结构，通过大量市场调研及同北京从容测控技术合作试验，开发出如图2的新型加压装置。加压装置中的压头装置如图3。
图2：改造后材料抗压性能试验机示意图
1.上座2.传感器3.坯料4.下压头5.弹簧6.联接装置7.下座工作台8.机身9.回油管10.活塞杆11.活塞缸12.进油管
图3：压头装置放大图
4.下压头5.弹簧6.联接装置
改造后材料抗压性能试验机的工作过程为由于压力试验机的主要作用是测试材料的抗压强度，设计时主要通过液压系统从进油管12处供高压油，推动活塞缸11向上运动，通过联接装置6及弹簧5及下压头压4向试样3试样同样把力传递给传感器2，系统也将压力信号通过系列的信号调理放大后传递给压力采集系统，从而完成1次试验过程。
从改造后的结构可以分析出液压系统从进油管12处供高压油的流量速度同样也直接决定活塞杆的运动快慢。对于系统来说，假设若被测试的是弹性材料，测试的过程中下压头4有定的惯性冲击作用在试样上，试样把所受到的冲击力传递给传感器，传感器采集到的信号这时现出较小的波动，因为下压头装置系统惯性己经被分解直接与试样作用的压头上的惯性己较小。只与压头上的质量与速度相关。这时压头速度已减小了很多。压头速度几乎是从零开始逐步增加。般情况下压头上惯性力已不可能超过被测试样的强度，从而保证每次被测试样能够有效的被测试。由于改进的机构中的弹簧具有蓄能作用，把液压能储存在弹簧内。然后在定测试的时间内逐步释放。从而使得被测试样受到的压应力逐步加大，直至达到材料的强度极限，同时。系统还考虑了被测试样的强度较大的情况，当强度很大时，连接弹簧的两部件运动到起弹簧被压缩在中间的型腔中。弹簧不再起作用，由活塞杆和下压头直接作用于被测试样，可对于弹性材料无论其抗压极限的高低。这时材料试验机都能真实测出材料的抗压极限值。所以改造后的试验机在开始试验时供油流量也可较大。
这样活塞杆的上升速度较快试验时间电子采集系统可采集到大量的有用数据。故系统是完全可以采用单片机系统来处理数据，从而降低仪器的本身制造成本。为企业节省经济开交。同时系统测试时数据不会出现较大波动。这些特征在以极限强度测不准或测不出来的情况。
上述分析了弹性材料在试验时极限强度出现时的情况。对于脆性材料的试验同样有效。下面进行简单分析。
若被测试的是脆性材料，测试的过程中下压头也有定不足以破坏试样这时试样把力传递给传感器。传感器采集到可在采样电路中加滤波电路除去波动。微小的波动值距离材料抗压强度极限值较远，然后弹簧将储存的能量逐步释放同时液压系统也不断加压。直到材料破碎。达到材料的强度极限，这时传感器采集到与大量距离材料的强度极限很近的数据，从而保证数据采集系统采集到大量的有效数据客观地展现了试验机测试材料性能的准确性。其后系统处理数据负担也减轻了，而且对于被测的建材家具等脆性材料的抗压极限值也都可以在文液晶显器上动态地显出来，这时材料试验机就可较为直观反映大多数试验材料进行抗压性能测试时的动态情形最后通过软件提取材料的极限应力值。达到试验材料性能目的。
4.结束语
通过与试验机厂家的的合作试制表明，采用改进后的加压结构的材料试验机的性能有较大的提高。具体表现在：
1.测试时间缩短；
2.测试准确率提高。表现在同种材料的试样测试数据重现率较高；
3.可以将原来由计算机控制的测试系统完全由单片机替代；
4.完全可以将某些液压系统控制的压力机通过简单的改造而成为材料试验机；
5.该原理提供方法可通过不同结构形式和安装方式也适用于进行材料抗拉强度的测量试验机
6.该结构特别适合机械传动的材料试验机。
来源：天氏库力 发布日期
2018-12-24 浏览：
